X射线荧光光谱法快速测定铜矿石中的造岩元素的应用

2019年8月X射线荧光光谱法快速测定铜矿石中的造岩元素的应用115 X射线荧光光谱法快速测定铜矿石中的造岩元素的应用
周文伟田俊
(江铜集团武山铜矿技术部，江西瑞昌332204)
摘要:铜矿石种类繁多，矿石赋存状态也各有不同，其成分相当复杂。

大部分的铜矿石X射线荧光光谱(XRF)分析方法中，对于标准样品物质的选取个数和矿石种类少、分
析范围大，与实际样品类型差异较大，且制备的标准样品圆片质量不高。

新一代X射线荧
光光谱仪的出现以其方便、快捷以及多元素多通道的能够快速有效的检测铜矿石中存在
各种物质，其在铜矿石的测定中发挥了巨大的作用，但X射线在实际使用往往被发现其检
测结果不能令人完全满意。

然而这并不是其设备的原理所引发的,通常是由于操作者没
能做到特别严谨、深入的了解其检测原理所致，本文从其原理着手，重点探讨了X射线荧
光光谱法如何快速测定铜矿石中的造岩元素的应用问题。

关键词:X射线荧光光谱法铜矿石造岩元素
0引言
铜矿在自然界含量富足，其在电气、机械、化工、国防以及运输等工业用途十分广泛。

在单项化学测试方面来说铜矿石提炼方法相对来说比较成熟,但是对于铜矿石里的造岩元素仍然需要进行测试分析,进一步了解铜矿石的基本情况。

(这里所谓的造岩元素指的是铜矿石力含有的钠、镁、铝、硅、钙、铁、钾的氧化物。

)针对造岩元素测试的，如果仍然采用传统的单项定量分析法进行测试的话,其过程十分复杂繁琐,需要进项逐项分离以后还要运用重量法、比色法以及原子吸收等手段，造成高成本、低效率的困境。

X射线荧光光谱仪是目前市场上高精度与功率大的检测仪器,通过粉末压片法快速对铜矿里的Na2O、MgO、Al2()3、SiO2、K2O,CaO,TFe2O3进行测试，结果最大限度达到相关要求。

另外，对于客户来说准确率高、速度快是其最大的需求,X射线荧光光谱法对铜矿造岩元素的测定可以实现这一点。

I X射线荧光光谱的原理
X射线是电磁辐射中的一种辐射,其波长的界定没有严格的规定，一般波长在0.001nm~50nm波长范围内。

1923年X射线荧光光谱理论被提出，但是由于当时研究条件比较差，探测技术水平较低，其实际应用被严重限制，其探测技术水平一直到1940年年末,X射线荧光测定技术才有了突破性进展,并在测定分析领域长期改进沿用。

X射线荧光光谱的基本原理是原子内层电子在结合的过程中，会产生一定的能量，高能X射线的能量比内层电子产生的结合能量高出很多，当二者发生碰撞时，内层电子受到驱逐，进而形成空穴。

因为受到空穴影响，原子体系的稳定性会变得非常差,并处于激发状态，此时的原子寿命在1012-1014s范围内，然后高能量的状态会发生跃迁现象,直至降到低能量状态为止,此现象被称为弛豫过程。

此过程在跃迁时，有非辐射的可能，也不排除辐射的可能。

在外层电子跃迁形成空穴以后，会将能量释放出来，此时原子内部如果吸收了能量会逐出较外层的次级光电子，即为俄歇效应；当原子内部为吸纳能量时,会被释放出来，进而形成X射线，简而言之就是两能级之间的能量差即为X射线能量。

综上所述,X射线的能量都有一一对应的元素，当利用X射线荧光光谱进行分析的时候,X射线的能量被检测出来后，所对应的元素种类便可以明确知晓。

2X射线荧光光谱的应用
X射线荧光光谱的应用在社会生产生活中的十分广泛。

工业生产中,X射线可用于原材料质量检测、成分分析、中间控制等都有利用到其分析法。

对于一些有材料性能受到表面污染物影响时，在处理污染的时候便可以采用X射线进行分析，可实现无损分析，幼小的控制污染，保证材料性能。

环境科学与人们的生活有着密不可分的联系。

在环境科学领域中，可利用X 射线对土壤、水体元素进行分析，对电子设备有害物质进行测定等;在生命科学、医学、药学领域中可采用X 射线荧光光谱仪应用到生物细胞和组织微量元素的检测、生命健康研究等;在考古研究和文物保护领域中也可以将X射线荧光技术应用到其中。

3X射线荧光光谱对铜矿石造岩元素的测定
激发、色散、探测、记录及数据处理等单元是X射
作者简介:周文伟(1977-),男，江西省瑞昌市，汉，大专，助理工程师，研究方向:矿石化学分析田俊(1981-),男,江西省瑞昌市，汉，本科，助理工程师，研究方向:矿石化学分析。

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线荧光光谱仪的主要组成部分。

是初级X射线的产生是由激发单元的作用，高压发生器和X光管将其组成。

色散单元的作用是可以分出想要波长的X射线。

它的主要组成部分是样品室、狭缝、测角仪、分析晶体，元素的定性分析可以利用测角器以1:2速度转动分析晶体和探测器，由在不同的布拉格角位置上测得不同波长的X射线达成。

探测器功能是将X射线光子能量转化为电能。

记录单元是由放大器、脉冲幅度分线器、显示器等部分组成。

3.1测试实验
(1)使用到的仪器和所需的测试条件
假如采用日本理学公司的zsx Primus n型X射线荧光光谱仪,4-0KW端窗铐靶X射线管;分析线都使用K线;压样机，其测试条件如表1。

表1分析元素的测量条件
组分电压kV电流mA晶体PHA衰减器准直器探测器
20(°)t/s
峰值背景峰值背景
Na2O30120RX25100-3201/1S4F-PC47.30249.800105 MgO6060RX25100-3501/1S4F-PC37.89841.00084
Al2036060PET100-3301/1S2F-PC144.594145.50084
SiO26060PET120-3201/1S2F-PC108.974-5-
k206060L1F1120-3001/1S4F-PC136.644-5-CaO6060LiFl120-3001/1S2F-PC113.092115.70084 TFe2O36060L1F1100-3501/10S2SC57.49058.50084
(2)制备样品样品可选择GBW07305、GBW07311、GBW07311、
铜矿石样品需粉碎到200^以下,本次使用的是74»m,集体步骤如下:将4g样品在105T高温下烘烤2小时,然后放入模具中使用聚乙烯粉末进行垫底镶边,在30t高压下保持15秒,制作成直径为32mm的圆片，并表上编号放入干燥的环境等待测定。

(3)选择和制备标准样品GBW07405、GNW07406(土壤)、GBW07406(岩石)等国家一级标准物质；一般铜矿和部分金属矿标准为: GBW07233-07241,GBW07319-07327、GBW0716-07165；二级铜矿石样品标准为：5-01,5-02,5-04,5 -08,5-11等27个样片作为标准样品制备标准曲线,不同分组含量范围如表2所示。

2)
标准样品中分析元素的含量范围(W(B)/10-
表2
组分含量范围组分含量范围
Na2O0.030〜4.05©00.060〜3.85
MgO0.082〜24.67CaO0.22〜34.56
AI2O30.97〜21.58TFe2O3 3.5-55.58
SiO27.20-82.95
3.2结果分析(2)准确度
(1)精密度本方法以GBW07164,GBW07233、GBW07234、
将5-04复制出12个样片，按照表1的基础条件GBW07237、5-11等5个铜矿标准样品进行的5次测进行测定，并进一步计算其精密度。

得出表3结果，有试,计算其平均值，准确度分析实验表明全部实验结果结果可知各个分组相对的标准误差均在10%以内，说几乎与标准值基本相符，其结果如表3所示。

明此方法制样的重现性良好。

表3精密度试验结果(W(B)/10-2)
组分标准值平均值RSD%组分标准值平均值RSD%
阴00.140.16 5.610.0600.0487.55
MgO23.4823.52 1.95CaO0.670.56 3.87
Al2030.970.86 3.06TFe2O323.1324.000.98
SiO224.7725.44 6.14
(3)结论适的工作条件，对铜矿石中的造岩元素进行分组测定
新一代的X射线荧光光谱仪具有性能好、功率大、可实现快速有准确的测试，虽然结果还达不到岩石成分析速度快、精度高的特点，利用其优良的特性选择合分的化学要求，但是完全满足多目标测定的相关规定
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和标准，对铜矿石有更深入的了解以及其选冶的指导意义及其重要。

4结语
在铜矿石样品中造岩元素的测定主要采用X射线荧光光谱法，其操作相对于传统的其他检测方式更为先进、分析时间被大大缩短,而且其精准度和准确度也比以往更高，基本可以满足大量铜矿石检测的需求。

本次选用的标准样品验证，测定结果与国家统一标准的样品认定值几乎相符;用实际样品验证，其测定结果与X射线荧光光谱法的测定值也基本相符，完全可以满足铜矿石中造岩元素以及其他的物质的日常分析检验的要求。

参考文献
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(02)：102-10&
Rapid Determination of Rock-forming Elements in
Copper Ores by X-ray Fluorescence Spectrometry
Zhou Wen-wei Tian Jun
(Technical Department of Wushan Copper Mine,Jiangxi Ruichang332204)
Abstract:There are many kinds of copper ores,their occurrence states are different, and their compositions are quite com­plex.In most methods of X-ray fluorescence spectroscopy(XRF)analysisof copper ores,the number of selected reference materials and the types o£ores are small,the analysis range is large, and the quality o£prepared standard sample wafers is not high.The emergence o£a new generation of X-ray fluorescence spectrometer with its convenience,rapidity and multi-element multi-channel can quickly and effectively detect various substances in copper ores,which plays a huge role in the determination of copper ores,but X-ray detection results are often found to be unsatisfactory in practical use.However,this is not caused by the principle of its ually,the operator fails to have a particularly rigorous and in-depth un­derstanding of its detection principle.Starting from its principle,this paper focuses on the application o£X-ray fluorescence spectrometry in the rapid determination o£rock-forming elements in copper ores.
Key Words:X-ray fluorescence spectrometry；copper ore;rock-forming elements。